粉末冶金原理第三部分 粉末成形技术.ppt

课程名称 粉末冶金原理 二 授课专业 粉体材料科学与工程 1本课程的任务和意义 粉末冶金材料加工的两个基本过程金属粉末小部分直接应用隐形涂料Fe Ni粉末食品医药超细铁粉 涂料汽车用Al粉 变压器用超细铜粉自发热材料 取暖和野外食品自热 超细Fe粉固体火箭发动机燃料超细Al Mg粉等金刚石合成粉末触媒Fe Ni合金粉末电子焊料 solder Cu合金粉末焊料细铁粉 绝大多数作为应用于工程结构中部件的制造原料粉末冶金制品加工成块体材料或部件需经过成形和烧结操作 轿车部件 电动工具与汽车部件 齿轮保持架 Ford 汽车发动机用粉末烧结钢零件 汽车变速器系统用粉末烧结钢件 P F连杆 不锈钢注射成形件 成形和烧结过程控制粉末冶金材料及其部件的微观结构主宰着粉末材料及其部件的应用 2研究对象 材料设计的概念工程应用 服役情况 性能要求 材料性能 经济性 设计 微观结构设计 材质类型 加工工艺设计研究粉末类型 加工工艺参数与材料微观结构及部件几何性能间的关系 研究粉末冶金加工过程中的相关工程科学问题即研究粉末成形与烧结过程中的工程科学问题 第一部分粉末成形powdershapingorforming 具体部件具有一定的几何形状和尺寸利用外力或粘结剂联结松散状态粉末体中的颗粒 将粉末体转变成具有足够强度的几何体的过程粉末颗粒间的结合力为机械啮合力或范德华力分类 刚性模 rigiddie 压制形普通模压 温压与模压流动成形 非模压成形冷 热等静压 注射成形 粉末挤压 粉末轧制 粉浆浇注 无模成型 喷射成形 爆炸成形等 第一章粉末压制PowderPressingorCompaction 1压制前粉末料准备1 还原退火reducingandannealing作用 降低氧碳含量 提高纯度消除加工硬化 改善粉末压制性能 前者亦然 粉末钝化使细粉末适度变粗 或形成氧化薄膜 防止粉末自燃退火温度高于回复 再结晶温度 0 5 0 6 Tm退火气氛还原性气氛 CO H2 惰性气氛 真空 2 合批与混合blendingandmixing混合将不同成分的粉末混合均匀的过程合批同类粉末或粉末混合物的混合消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能差异获得性能均匀的粉末料 混合方式干混法 铁基及其它粉末冶金零件的生产湿磨法 硬质合金或含易氧化组份合金的生产WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果发生显著的细化效果一般采用工业酒精作为研磨介质 湿磨的主要优点有利于环境保护无粉尘飞扬和减轻噪音提高破碎效率 有利于粉末颗粒的细化保护粉末不氧化 混合均匀程度和效率取决于粉末颗粒的尺寸及其组成颗粒形状待处理粉末组元间比重差异混合设备的类型混合工艺 装料量球料比转速研磨体的尺寸及其搭配对于给定的粉末和混合设备 最佳混合工艺一般采用实验加以确定 混合方式机械法混合化学法混合混合较前者更为均匀 可以实现原子级混合W Cu Ni包覆粉末的制造工艺W粉 Ni NO3 2溶液 混合 热解还原 700 750 W Ni包覆粉 CuCl2溶液 混合 热解还原 400 450 W Cu Ni包覆粉末 无偏聚 segregation free 粉末binder treatedmixture消除元素粉末组元 特别是轻重组元 间的偏析粉末混合与输运过程 3 成形剂和润滑剂成形剂场合 硬质粉末 如硬质合金 陶瓷等粉末变形抗力很高难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度添加成形剂的方法以提高生坯强度 利于成形 流动性差的粉末细粉或轻质粉末粘结剂作用适当增大粉末粒度 减小颗粒间的摩擦力改善粉末流动性 提高压制性能橡胶 硬脂酸 石蜡 SBS PEG PVA等 选择准则能赋予待成形坯体以足够的强度易于排除成形剂及其分解产物不与粉末发生反应分解温度范围较宽分解产物不污染环境 润滑剂 粉末颗粒与模壁间的摩擦压坯密度分布不均匀影响被压制工件的表面质量降低模具的使用寿命 粉末压制用的润滑剂硬脂酸硬脂酸锌工业润滑蜡 二硫化钼 石墨粉 硫磺粉也可起润滑作用 粉末内润滑润滑剂直接加入粉末中铁基粉末润滑剂含量提高0 1 坯件的无孔隙密度下降0 05g cm3模壁润滑静电喷涂溶液涂敷 4 制粒pelletizingorgranulating细小颗粒或硬质粉末为了成形添加成形剂改善流动性添加粘结剂进行自动压制或压制形状较复杂的大型P M制品粉末结块原理借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成团粒 减小团粒间的摩擦力大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积制粒方法擦筛制粒旋转盘制粒挤压制粒喷雾干燥 2压制现象1颗粒的位移与变形1 1粉末颗粒位移位移方式 滑动与转动颗粒重排列Particlerearrangementorrepacking restacking 返回 影响因素粉末颗粒间内摩擦表面粗糙度润滑条件颗粒的显微硬度颗粒形状颗粒间可用于相互填充的空间 孔隙度 加压速度 1 2粉末的变形弹性变形颗粒间的接触应力 材料弹性极限塑性变形颗粒接触应力 金属的屈服强度点接触处局部 面接触处局部 整体断裂 返回 脆性粉末点接触应力 断裂强度 断裂塑性粉末点接触应力 屈服强度 塑性变形 加工硬化 脆化 断裂 2致密化现象2 1致密化压力作用下松散状态 拱桥效应的破坏 位移 颗粒重排 颗粒塑性变形 孔隙体积收缩 致密化拱桥效应bridgeeffect颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象影响因素与粉末松装密度 流动性存在一定联系 颗粒形状粒度及其组成颗粒表面粗糙度颗粒比重 含致密程度 颗粒表面粘附作用 颗粒的磁性 陶瓷颗粒的静电 液膜存在 颗粒滑动与转动阻力的影响因素颗粒形状粒度组成表面粗糙度颗粒间润滑状态 塑性变形阻力的影响因素颗粒的显微硬度合金化酸不溶物氧化物颗粒本质原子间作用力加工硬化速度 晶体结构 颗粒形状粉末粒度压制速度 2 2弹性后效Springback反致密化现象压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象残留内应力释放的结果弹性后效与残留应力相关压制压力粉末颗粒的弹性模量 粉末粒度组成 同一密度 颗粒形状颗粒表面氧化膜粉末混合物的成份石墨含量 3压坯强度Greenstrength 表征压坯抵抗破坏的能力 即颗粒间的粘结强度影响因素本征因素颗粒间的结合强度 机械啮合mechanicalinterlocking 和接触面积 颗粒间的结合强度颗粒表面的粗糙度颗粒形状颗粒表面洁净程度压制压力颗粒的塑性 硬脂酸锌及成形剂添加与否高模量组份的含量 颗粒间接触面积即颗粒间的邻接度contiguity颗粒的显微硬度粒度组成颗粒间的相互填充程度压制压力颗粒形状 外在因素 残余应力大小 压坯密度分布的均匀性粉末的填充均匀性粉末压坯的弹性后效模具设计的合理性过高的压制压力表征方法抗弯强度或转鼓试验的压坯重量损失 3压坯密度与压制压力间的关系 1压制过程力的分析P施加在模腔中的粉末体 粉末向周围膨胀 侧压力Fn Pn 粉末与模壁之间出现相对运动 摩擦力Ff Pf 下冲头的压力Pb Ph 1 P PPf Pn PPb P Pf压力损失 P P Pb 在距上冲为X处的有效外压PxPx Poexp 4 X D D为模腔内径模壁作用在粉末体上的侧压力和摩擦力也呈现相似的分布 2脱模压力 ejectionforce 静脱模力 stripingforce 滑动脱模力 slidingforce 与坯件的弹性模量 残留应变量即弹性后效及其与模壁之间的摩擦系数直接相关 压坯密度或压制压力粉末原料显微硬度 颗粒形状 粒度及其组成 润滑剂含量粉末颗粒与模壁之间的摩擦系数模具材料的硬度零件的侧面积 2密度与压力间的关系 压制方程 压坯密度 是外压的函数 k f P 2 1常用力学模型理想弹性体 虎克体 H体 M 理想流体 牛顿体 N体 d dt 线弹 塑性体 Maxwell体 M体 H体与N体串联 T 1 2 T 1 2线弹性体 Kelvin体 K体 H体与N体并联 T 1 2 M 2d dt 2应变驰预时间 标准线性固体 SLS体 M体与H体并联 T 1 2 T 1 2 1d dt M 2d dt 标准非线性固体 SNLS体 1d dt n M 2d dt n 1 1 2分别为应力 应变驰豫时间恒应力 o作用并充分保压 dp dt 0 经数学变换得 on M 或 o M 1 n 2 2大程度应变的处理自然应变 LLodL L ln L Lo 若压坯的受压面积固定不变 则 ln V Vm Vo Vm ln m o m o 2 3巴尔申方程 基本假设将粉末体视为弹性体不考虑粉末的加工硬化忽略模壁摩擦任意一点的变形与压力间的变化率d d k P A 对应于压缩量 A 颗粒间有效接触面积 积分 变换并取对数后得lgPmax lgP L 1 L 压制因子 压坯的相对体积适应性硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述 在高压与低压情形下出现偏差的原因低压粉末颗粒以位移方式填充孔隙空间为主粉末体的实际压缩模量高于计算值 即理论值 产生偏高现象高压粉末产生加工硬化现象和摩擦力的贡献大 导致实际值低于计算值 2 4黄培云压制理论 采用标准非线性固体模型 on Mlgln m o m o nlgP lgM最初形式n 硬化指数的倒数M 压制模量对原模型进行修正 并采用模型 o M 1 mmlgln m o m o lgP lgMm 粉末压制过程的非线性指数硬化趋势的大小晶体结构 粉末形状 合金化等相关适应性硬质或软质粉末均有效 4压制实践 摩擦力在粉末压制过程中的作用外摩擦力粉末颗粒与模具 阴模内壁diewall 模冲puches 芯棒corerod 之间的因相对运动而出现的摩擦作用消耗有效外压造成压力降和在压制面上的压力再分布 导致粉末压坯密度分布不均匀 影响因素颗粒与模具之间的摩擦系数粉末颗粒 模具零件表面表面粗糙度润滑剂添加量润滑方式 整体或模壁润滑润滑方式 整体或模壁润滑颗粒的显微硬度颗粒与模具间的冷焊 内摩擦粉末颗粒之间的摩擦interparticlefriction正面作用带动粉末颗粒位移传递压制压力 负面作用降低粉末的流动性和填充性能摩擦功以热的形式损耗掉 有效致密化压力损失但发热可产生一定的金属粉末颗粒软化 2压坯密度分布均匀性的控制 压坯密度分布不均匀的后果不能正常实现成形 如出现分层 断裂 掉边角等烧结收缩不均匀 导致变形因素高径比H D H D d dX 当H D 压坯的下部粉末无法成形 返回 模具的润滑状态模壁润滑优于整体润滑压制方式若被成形件为轴套类部件 可采用三种压制方式单向压制 双向压制和强制摩擦芯杆压制平均密度 3 2 1 密度分布均匀性 d dX 1 d dX 2 d dX 3强制摩擦芯杆压制获得的密度最高 分布也最均匀粉末颗粒平均粒度粒度较粗的粉末的压缩性较好 密度分布也较均匀 模具设计的合理性使台阶间的粉末压缩比相同粉末的流动性填充均匀零件形状复杂程度粉末塑性颗粒的本征塑性 化学纯度 氧 碳及难溶物含量 合金化程度 和加工方法 3复杂形状部件的成形 密度分布的控制多台阶零件 恒压缩比压坯强度 合适粒度组成和表面较粗糙的近球形粉末 高压坯强度脱模压力润滑和低的弹性后效 脱模压力压坯形状的合理设计 返回 4压制缺陷的控制 主要缺陷类型 成因分层沿坯件棱边向内部发展的裂纹 与压制面形成大约45度的界面弹性后效控制方法适当降低压制压力复杂件应提高密度分布均匀性 第二章特殊及新型成形技术Chapter2SpecialandNewFormingTechniques 1概述普通刚性模压制 rigiddiecompaction 技术的特点 优点可实现连续自动化生产 生产效率高制造成本低部件几何尺寸一致性好特别是经固相烧结的粉末冶金部件 不足密度分布不均匀部件形状复杂程度有限密度较低尺寸较小 即单重较轻 后果1 压坯强度低坯体中存在残留应力2 烧结收缩不均匀高低密度区的收缩不一致 返回 采用分体成形 组合烧结 烧结焊 返回 对粉体材料技术优越性认识的深化各工业领域对新材料的需求发展新的粉末成形技术 成形技术 1WP WarmPressing Compaction 温压技术高性能 高强度 高精度 的铁基粉末冶金零部件 是传统刚性模压制 模压 技术的发展2PIM PowderInjectionMolding 粉末注射成形技术形状复杂 薄壁 小尺寸件 3CIP ColdIsostaticPressing 冷等静压高均匀性大型粉末冶金制品4HIP HotIsostaicPressing 热等静压全致密 高性能 难烧结粉体材料或部件 5SC SliporSlurryCasting 粉浆浇注形状复杂的粉末冶金零部件 特别是陶瓷制品6PR PowderRolling PE PowderExtruding 粉末轧制与挤压一维尺寸很大而其它两维尺寸较小 棒 管 或一维尺寸相对较小 板材 的制品 7PF PowderForging 粉末锻造技术高强度铁基粉末冶金零部件8RPF RapidPrototypeForming 无模成形技术借助于计算机模拟控制粉末物料有序沉积 形状极为复杂的大型粉末冶金制品 成形技术的选择原则 几何尺寸 形状复杂程度性能要求力学 物理性能及几何精度制造成本 结合批量 效率 最低 2温压技术 粉末与模具被加热到较低温度 一般为150 下的刚模压制方法除粉末与模具需加热以外 与常规模压几乎相同温压与粉末热压完全不同 温压的加热温度远低于热压 高于主要组分的再结晶温度 被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高 表面光洁 1温压技术的发展背景与现状 温压技术的开发的原动力汽车特别是轿车工业急需低成本 高性能的铁基P M零部件 以提高汽车在市场上的竞争力材质调整和后处理对改善铁基P M零部件力学性能的潜力已发挥到极限 汽车发动机用粉末烧结钢零件 汽车变速器系统用粉末烧结钢件 孔隙的消极贡献 造成应力集中 降低零部件的强度和韧性孔隙降低材料的热导性能 抑制热处理潜力对力学性能改善的贡献提高铁基P M零部件密度的技术途径复压 复烧工艺 密度达92 左右 形状复杂程度有限 成本较高浸铜密度大于95 但表面较粗糙 形状 成分设计有限 成本高液相烧结密度可达93 变形较大 零件精度低 尺寸控制困难 成分设计有限粉末锻造全致密 但尺寸精度低 形状受限 成本昂贵 AncorbondeTM工艺 80年代后期 温压技术的前身扩散粘结铁合金粉末第 项美国专利 年 年披露 AncordenseTM全球共有100余条温压生产线150多种温压件 蜗轮轮毂 1 2kg 轿车发动机温压连杆 2温压工艺 粉末原料 扩散粘结铁粉 新型润滑剂 粉末加热 130 阴模装粉 130 150 温压 温压压坯 烧结 温压零部件 3温压的技术特点 1 低成本制造高性能P M零部件若WP 1 0 则1P1S 0 82P2S 1 3CI 浸铜 1 5PF 1 8源于加工工序少 模具寿命长 零件形状复杂程度提高 2 压坯密度高相对密度提高0 02 0 06 即孔隙度降低2 6 3 便于制造形状复杂的零部件低的脱模压力 30 高的压坯强度 25 100 弹性后效小 50 密度分布均匀 密度差 0 1 0 2g cm3 4 零件强度高 同质 同密度 极限抗拉强度 10 烧结态达1200MPa疲劳强度 10 若经适度复压 与粉末锻件相当5 零件表面质量高精度提高2个IT级模具寿命长 模具磨损少 6 压制压力降低同压坯密度时 压力降低140Mpa提高压机容量 温压保持了传统模压的高效 高精度优势提高了铁基零部件的性能和服役可靠性拓宽了部件的应用范围被誉为 导致铁基粉末冶金技术革命的新技术 4温压加热系统 阴模的加热 电阻加热粉末加热方式热油循环温控稳定性好 不易过热微波加热速度快 但存在过热和微波外泄 安全 问题感应 与微波相似电阻加热加热速度较快 也存在过热问题 热油循环粉末加热系统 返回 5温压过程的实质 塑性变形得以充分进行加工硬化速度和程度降低有效地减小粉末与模壁间的摩擦和降低粉末颗粒间的内摩擦便于颗粒间的相互填充颗粒重排为主导机理颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形成为后期的主导致密化机理 塑性变形与颗粒重排对温压致密化的相对贡献 颗粒重排贡献C1 C1 C2 压力 MPa C1 C1 C2 1000 87832000 78416000 69726760 69180 6 NewLub 100 120 返回 润滑剂的作用降低粉末颗粒的内外摩擦 有效外压 密度 温度 摩擦系数 利于塑性变形和粉末颗粒间的相互填充 弹性后效 脱模压力 3注射成形 1技术背景IM是塑料制品的一种通用成形技术原理是利用熔融塑料的流动行为借助于外压经注射嘴注入特定的形腔由于单纯的塑料的强度和耐磨性低 应用范围受到很大限制在熔融塑料中加入诸如金属或陶瓷粒子作填充剂 能否最大限度地提高塑料中填充剂的体积分数 而又可以保持塑料的良好流动性能呢 PIM用以制造形状复杂程度很高的P M小型零部件开发PIM的先驱美国AMAXMet Injet Moulding和德国BASF公司八十年代初 PIM就实现了产业化 2PIM工艺概述 Metallicorceramicpowders Binder Premixing Compounding mixingandpelletizing Feedstock Injectionmoulding Debinding solventandorthermaldebinding Presintering Sintering PIMparts 3PIM MIM 工艺的过程控制因素 粉末原料1particlesize一般小于30 m 常用2 8 m提高粉末烧结驱动力脱脂后坯体的强度便于混练和注射 2particleshape球形颗粒有利于脱脂后获得最大的颗粒填充密度和混练均匀的喂料颗粒外形比 particleaspectratio 最好在1 1 5之间脱脂后能获得最佳的坯件形状保持性 shaperetention 相互间钩连 3particlesizedistribution相当宽或窄的粒度分布易于获得稳定流变性能的喂料 便于混练和注射成形Wider packingdensity bindercontent 提高注射坯件在烧结过程中的尺寸稳定性利于烧结致密化 粘结剂 必须满足较低的粘度 0 1Pa s 但过低易引起两相分离现象与粉末颗粒润湿性好加入表面活性剂 阻止在混练和注射过程中发生两相分离粉末聚集现象 冷却后粘结剂具有足够的强度和韧性脱脂过程中易于排除 且不易形成脱脂缺陷为满足混练 注射和脱脂的要求一般采用多组元体系的粘结剂 混练 借助于温度和剪切应力的联合作用 使PIM喂料均匀且高度一致性混练温度过高导致粘结剂分解因粘度太低而发生两相分离现象过低粉末聚集 喂料不均匀性 剪切力由旋转速度决定太高混练设备磨损和引入机械夹杂太低粉末聚集 喂料的不一致性导致注射坯件单重变化和造成烧结坯收缩不一致注射成形注射压力和温度是关键工艺参数注射缺陷及成因void shrinkage entrappedgassinkmarks shrinkage segregation weldlines jetting flowaroundcoressurfacepatterns coldflow segregationdeformation residualstress ejectionofweakgreenpartsinconsistentshotweight inconsistentfeedstock machinecontrol缺陷大多数在脱脂或烧结后才发现 属于不可挽回的废品 脱脂 脱脂类型热脱脂 thermaldebinding 和溶剂脱脂 solventdebinding 热脱脂 在一定温度和气氛条件 多元组份中的低熔点组份形成液相借毛细作用溢出注射坯体或蒸发 若T 分解温度 形成相应单分子化合物排出 注射坯件的微观结构 脱脂过程 热脱脂过程 返回 高熔点组份部分残留在粉末颗粒接触处 赋予脱脂坯体足够强度溶剂脱脂利用粘结剂组份在溶剂中的选择性溶解 粘结剂扩散逸出注射坯体过程进行速度慢 常用脱脂方法 先采用溶剂脱脂在注射坯体中形成开孔隙网络为后续热脱脂的分解产物的排出提供物质传输通道 分解产物可能形成的内压造成脱脂缺陷的机会 脱脂速度 脱脂方法 Wiech法 适于蜡基粘结剂体系 1980发明 法 气态溶剂脱脂 液态溶剂脱脂真空 T 粘结剂的流动温度 注入气态溶剂 粘结剂的溶剂溶液并渗出坯体 脱除大部分 液态溶剂脱脂 变形严重 3days 法 惰性气体环境 热脱脂粘结剂的蒸汽压稍高于气氛压力 1day 法 虹吸脱脂除去大部分粘结剂 200 3hrs 常压氢中热脱脂 10hrs Injectamax法 适于多组元粘结剂体系 高熔点和低熔点组份 1988年发明在室温处于液态或半固态低熔点组份 液态溶剂脱除低熔点组元 高熔点组元热脱脂6hrsMetamold法 BSAF 催化脱脂法适于聚醛树脂粘结剂体系 在酸性气氛下脱脂 九十年代初开发 低于粘结剂的熔点 借助于气 固反应脱脂脱脂过程由表及里减小形成缺陷的可能性精度高 速度快 4mm h但对设备具有一定程度的腐蚀 烧结 PIM坯体经脱脂后为多孔结构 道热系数很小过快的升温速度造成坯件表面层优先烧结 形成硬壳阻止内部粉末收缩热应力 坯体变形和空洞 4待解决的技术问题 粉末成本粘结剂的回收脱脂时间长 生产效率低铁基材料 硬质合金中碳量控制精度控制缺陷消除 4冷等静压 等静压冷等静压和热等静压两者差异 压制条件 室温与加热 气体与高压油 致密化机理CIP 与刚性模压制相同 HIP 烧结与粉末变形同时发生 优点 能压制形状复杂的P M部件密度分布均匀 压制压力降低三轴均匀压制 能压制硬脆粉末压坯强度高单件模具费用低缺点生产效率低精度低 需大量后续加工 1CIP原理 帕斯卡原理 借助于高压泵的作用将流体介质压入耐高压钢质密闭容器高压流体的静压力直接作用于弹性模套内的粉末体依照帕斯卡原理使粉末体受到各个方向上大致相等的压力作用消除了粉末与模套之间的外摩擦密度分布均匀 同一密度所需压力较模压降低 返回 粉末致密化阻力取决于 粉末颗粒间摩擦 内摩擦 和颗粒本身的变形能力 显微硬度 内摩擦的影响因素粉末颗粒的表面形貌粉末颗粒形状粉末颗粒尺寸金属粉末的显微硬度 2CIP工艺 2 1柔性模套 flexibledieset 的制造耐油 耐压橡胶 厚度为10mm以下的橡胶板软模制作聚氯乙烯树脂 硬脂酸 三盐基硫酸铅混合物倒入苯二甲酸二辛酯的溶液搅拌成浆料 提拿制模2 2工艺流程粉末混合物装入软模 摇实 密封 冷静压 脱模 坯件 3CIP坯块质量控制 粉末流动性良好装粉 振动或敲打摇实均匀密封 防止液压介质渗入模内加压速度 过快导致出现软心卸压 过快 分层 4CIP设备 高压容器和高压泵系统组成分类 依高压容器结构分螺纹式 能承受较高压力 螺纹磨损拉杆式 较低压力 拉杆承受压力框架式 很高压力 最安全 预应力结构 5压制方式 湿袋式 wetbag 柔性袋浸没在压力介质中 即无支撑的CIP优点能在同一压力容器中同时压制不同形状 尺寸的粉末压坯模具寿命长 成本低缺点压制生产率较低 干袋式 drybag 柔性模固定在压力容器内 即有支撑的CIP优点生产率高 易于实现自动化模具使用寿命长缺点每次只能压制一种产品两者的区别干袋式不取出软模 5热等静压制 1技术背景在CIP基础上发展开发高性能飞机发动机用粉末高温合金 即粉末超合金 涡轮盘粉末高速钢硬质合金軋辊制品 2HIP原理包套置于一具有发热元件的高压容器内 抽出缸内空气压入30 60Mpa的氩气 加热致100Mpa左右借助于高温 高压的联合作用使粉末体发生充分致密化获得全致密高性能P M制品 3特点 几乎能消除粉末坯体中的所有孔隙 相对密度达0 9999压力作用 加热温度低于通常的烧结温度无成份偏析核废料HIP处理 避免环保问题和对操作人员的损害铸件等的后处理 消除孔洞或裂纹等设备投资大 成本高 3HIP压机的分类螺纹式和框架式螺纹式螺纹承受轴向压力 缺点 工作压力难以均匀地由各个螺纹承担 巨大应力集中 断裂 爆炸框架式轴向压力通过上下活塞传递到框架 应力均匀分布 安全系数高 4HIP压机的结构 发热元件NiCrAl丝 1200 Mo丝 1800 W丝及钨铼合金 石墨隔热屏炉内温度在1000 3000 缸体温度为100 200 高效隔热屏 多层结构压缩机真空系统油压机构控制上下活塞开闭和框架移动 5包套材料选择准则可塑性和强度不破裂和隔绝高压气体渗入良好的可加工性和可焊接性不与粉末发生反应和造成污染HIP后易被除去成本低 中低碳钢 适于粉末高速钢 1400 Ni Ti 陶瓷 1430 不锈钢 不锈钢 1350 铅 碱玻璃 金属 陶瓷 630 高硅玻璃 金属 陶瓷 890 1600 石英玻璃 1130 1600 6HIP工艺流程 粉末 装入包套 真空脱气 或加热 检漏 封焊 HIP 出炉 除去包套 陶瓷 玻璃 敲碎 金属 机加工 表面清理 HIP产品 7压制方式 取决于包套材料金属 P T 可采用低压压缩机系统 玻璃 陶瓷和金属 T P玻璃 陶瓷和金属 T P 热装炉操作工件在预热炉加热 转入HIP压机 生产效率 8HIP的应用HIP成形铸件处理扩散联结 M C C C M M核废料处理 9陶瓷模工艺陶瓷粒子作传压介质陶瓷粒子的可流动性普通压机加压设备投资少 6粉末挤压成形 1定义与分类定义将粉末 粉末压坯或粉末烧结坯在外力作用下 通过挤压筒的挤压嘴挤成坯料或制品的成形方法分类 粉末直接挤压 冷挤压 塑性好的金属粉末粉末增塑挤压 加入一定量的成形剂或粘结剂 硬质粉末如硬质合金粉末粉末包套热挤 弥散强化合金等烧结坯或粉末压坯的热挤压 塑性较好的有色金属材料 2粉末增塑挤压原理 粉末在挤压筒内的受力情况三向受压缩 一方向变形 附图 冲头施加的压力P 筒壁约束产生侧压力Ph 相对运动产生摩擦力PfPh P Pf Ph P物料被挤出的条件 P Pf PR 变形阻力 物料运动示意图 3挤压过程 增塑剂 plasticizer 石蜡 粘结剂PVA 硬脂酸 表面活性剂 添加总量为6 8 5 粗颗粒粉末或厚壁件取下限细颗粒粉末或薄壁件取上限 硬质合金增塑挤压工艺流程 粉末料 增塑剂 掺合 40 50 预压 排气 提高料密度 挤压 40 50 挤压坯 脱增塑剂 烧结 制品 4粉末热挤压 借助于高温的作用改善金属的塑性流动性能 使坯体发生充分致密化 便于制造高